第二单元跨学科实践活动1微型空气质量“检测站”的组装与使用教案--2025-2026学年九年级化学人教版上册

跨学科实践活动1 微型空气质量“检测站”的组装与使用 教学目标与教学重难点 内容要求 一、四维核心素养 化学观念：通过微型空气质量 “检测站” 的组装与使用，认识空气成分、污染物（如颗粒物、有害气体）的化学本质，理解物质的组成、性质与环境的关系，建立 “物质 — 性质 — 应用 — 环境” 的化学核心观念，体会化学在环境监测中的价值。 科学思维：运用观察、比较、分析、归纳等方法，设计检测方案、优化装置结构，培养证据推理与模型认知能力，形成基于实验证据的科学思维方式。 科学探究与创新意识：亲历 “提出问题 — 设计方案 — 组装装置 — 实验检测 — 分析结论 — 改进优化” 的完整探究过程，提升动手操作与实验设计能力，激发创新改进微型装置的意识。 科学态度与社会责任：关注空气质量与人类健康、生态环境的联系，树立环保意识，主动践行绿色生活方式，增强运用化学知识解决实际环境问题的社会责任感。 二、重难点 教学重点：1. 微型空气质量 “检测站” 的核心组件（如颗粒物采集装置、气体检测模块、数据记录装置）的组装原理与操作规范；2. 运用组装的检测站对不同环境（教室、操场、马路旁）空气质量进行检测，并对检测数据进行分析与解读；3. 结合化学知识，理解空气质量检测的化学原理（如颗粒物吸附、气体显色反应等）。 教学难点：1. 微型装置的精准组装与气密性、稳定性控制，解决装置简易化与检测准确性的矛盾；2. 对检测数据的科学分析，区分实验误差与真实污染差异，结合化学知识解释污染物来源；3. 引导学生将检测结果与环保行动结合，实现从 “实验操作” 到 “社会责任” 的素养落地。 教学过程 （一）情境导入，激发探究兴趣（铺垫环节） 上课伊始，教师播放两段短视频：一段是雾霾天气下城市灰蒙蒙的景象，行人佩戴口罩出行；另一段是森林中清新的空气，鸟儿自由飞翔。随后提问：“同学们，为什么不同环境下的空气质量差异这么大？我们身边的教室、操场、小区门口，空气质量到底好不好？有没有办法用简单的装置，自己检测身边的空气质量呢？” 学生自由发言，分享自己对空气质量的感受，如 “教室人多的时候感觉空气闷”“马路边汽车多，空气有异味” 等。教师顺势引出本节课主题：“今天我们就化身小小环境监测员，动手组装微型空气质量‘检测站’，用化学的方法检测身边的空气质量，做环境的守护者。” 接着，教师展示提前准备好的微型空气质量 “检测站” 成品（简易版），引导学生观察装置结构：“这个小小的装置，就能帮我们检测空气中的颗粒物和部分有害气体，它由哪些部分组成？每个部分又有什么作用呢？带着这些问题，我们开启今天的探究之旅。” （二）知识铺垫，夯实探究基础（知识衔接环节） 在动手组装前，教师先带领学生回顾九年级上册化学中 “空气” 相关知识，为实践活动做理论铺垫。 回顾空气的组成：提问 “空气是由哪些物质组成的？”，引导学生回忆氮气、氧气、稀有气体、二氧化碳及其他气体和杂质的体积分数，明确空气是混合物。 认识空气污染物：结合生活实际，讲解空气的主要污染物：一是颗粒物，是可吸入颗粒物，对人体呼吸道有害；二是有害气体（如一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等，主要来自化石燃料燃烧、汽车尾气、工业废气）。同时简单介绍污染物的化学性质，如二氧化硫能与某些试剂发生显色反应，颗粒物可被多孔材料吸附。 明确检测原理：针对微型检测站的核心检测功能，讲解简易检测原理： 颗粒物检测：利用多孔材料（如脱脂棉、滤纸、活性炭）的吸附性，让空气通过材料，颗粒物被吸附在材料表面，通过观察材料的变色、变脏程度，或用简易工具（如放大镜、电子秤）对比吸附前后的质量变化，判断颗粒物含量多少； 有害气体简易检测：利用化学试剂的显色反应，如用浸有高锰酸钾溶液的滤纸检测二氧化硫（高锰酸钾溶液褪色说明有二氧化硫），用浸有澄清石灰水的滤纸检测二氧化碳（变浑浊说明二氧化碳含量较高），让学生理解 “化学性质决定检测方法” 的核心逻辑。 介绍微型检测站组件：教师展示本次活动所需的实验器材与材料，逐一讲解组件名称、作用及选择依据： 基础支架：用塑料瓶、硬纸板、小木棍等制作，起到固定装置的作用，选择轻便、易加工的材料，适合学生动手操作； 空气采集装置：小型气泵（或用注射器、气球代替，实现空气流动）、导气管（塑料软管、玻璃管），负责将待测空气引入检测模块； 颗粒物检测模块：透明塑料盒（观察窗口）、脱脂棉 / 滤纸 / 活性炭（吸附材料）、固定夹（固定吸附材料）； 气体检测模块：小试管、比色卡、浸有化学试剂的滤纸条（高锰酸钾溶液、澄清石灰水、酚酞溶液等）； 数据记录装置：实验记录表、笔、手机（拍照记录检测结果）； 辅助材料：剪刀、胶带、胶水、尺子、记号笔等。 教师强调：“本次组装的是微型检测站，材料均为生活中常见物品，既体现化学的生活化，又能锻炼我们的动手能力，但组装时要注意装置的气密性和稳定性，保证检测结果的准确性。” （三）分组合作，组装微型检测站（核心实践环节） 分组与任务分工：将学生分成 4-6 人一组，每组推选 1 名组长，负责统筹分工；1 名操作员，负责装置组装；1 名记录员，负责记录组装步骤与问题；1 名观察员，负责观察组装过程中的细节，及时提出改进建议。教师明确分工要求：“小组合作要各司其职，也要相互配合，遇到问题共同讨论解决，培养团队协作能力。” 发放材料与组装指南：每组发放一套实验材料（基础支架材料、空气采集装置、检测模块材料、辅助工具）和简易组装步骤图，教师先带领学生通读组装指南，梳理组装流程： 第一步：制作基础支架。用硬纸板裁剪成底座和立柱，用小木棍连接，或用塑料瓶剪去底部作为支架主体，确保支架平稳，能固定所有检测模块； 第二步：组装空气采集装置。将小型气泵（或注射器）与导气管连接，检查导气管是否通畅，连接处用胶带密封，防止漏气； 第三步：搭建颗粒物检测模块。在透明塑料盒底部打孔，插入导气管，盒内放入脱脂棉（或滤纸），用固定夹夹紧，确保空气能均匀通过吸附材料，塑料盒密封良好，避免颗粒物泄漏； 第四步：安装气体检测模块。将小试管固定在支架上，试管内放入浸有化学试剂的滤纸条，导气管末端伸入试管底部（不接触滤纸条），保证空气能与滤纸条充分接触； 第五步：整合装置。将空气采集装置、颗粒物检测模块、气体检测模块依次固定在基础支架上，连接导气管，形成完整的微型空气质量 “检测站”，最后检查装置气密性（用手捂住气泵，观察导气管末端是否有气泡冒出，或用注射器向装置内打气，看是否有漏气现象）。 学生动手组装，教师巡回指导：学生以小组为单位开始组装，教师巡回观察，及时给予指导： 针对支架不稳的问题，指导学生增加底座重量（如在底座内放入小石子），或调整立柱角度，确保支架平衡； 针对导气管漏气的问题，指导学生用胶带或热熔胶（教师辅助操作）密封连接处，强调气密性是检测准确的关键； 针对吸附材料固定不牢的问题，指导学生用夹子或细线固定，避免空气通过时材料移位； 针对气体检测模块安装不当的问题，指导学生调整导气管位置，保证空气与滤纸条充分接触，同时避免试剂沾到导气管上。 在组装过程中，教师鼓励学生大胆创新，如 “有的小组用矿泉水瓶代替塑料盒做颗粒物检测模块，有的小组用气球代替气泵实现空气流动，这些创新都值得肯定，只要能保证检测功能，都可以尝试。” 同时，记录员及时记录组装过程中遇到的问题及解决方法，为后续反思做准备。4. 小组展示与互评：各小组完成组装后，依次上台展示本组的微型检测站，介绍装置的结构、创新点及组装过程中的问题与解决方法。其他小组认真倾听，进行互评，从 “装置稳定性”“气密性”“检测模块合理性”“创新点” 等方面提出意见和建议。教师对各小组的组装成果进行点评，肯定优点，指出不足，如 “第三小组的装置气密性很好，创新地用多层滤纸增加颗粒物吸附效果，值得学习；第五小组的支架虽然轻便，但稳定性稍差，后续可以优化底座设计。” （四）实验检测，采集空气质量数据（探究核心环节） 确定检测地点与方案：教师引导学生讨论：“我们身边有哪些不同的环境？这些环境的空气质量可能有什么差异？” 学生提出检测地点：教室（密闭、人多）、操场（开阔、通风）、学校门口马路旁（汽车多、尾气重）、实验室（有化学试剂挥发）等。 各小组自主选择 2-3 个检测地点，制定检测方案：明确每个地点的检测时间（如每个地点检测 5 分钟）、检测项目（颗粒物、二氧化碳、二氧化硫）、记录内容（吸附材料的变化、滤纸条的颜色变化、环境特点），并填写实验记录表（表格包含：检测地点、检测时间、检测项目、实验现象、初步结论、备注）。 教师强调检测注意事项： 检测时，气泵（或注射器）要匀速工作，保证空气流量稳定； 每个地点检测前，更换新的吸附材料和滤纸条，避免前一次检测的残留影响结果； 观察实验现象时，要仔细、客观，用文字和拍照两种方式记录； 注意安全，在马路旁检测时，远离车辆，由教师陪同；不随意触碰化学试剂，避免皮肤接触。 分组外出检测，采集数据：各小组携带组装好的微型检测站、实验记录表、手机，按照预定方案到不同地点进行检测。教师全程陪同，指导学生规范操作： 操作气泵（或注射器），将待测空气缓慢通入检测站，先经过颗粒物检测模块，再进入气体检测模块； 检测过程中，观察脱脂棉 / 滤纸的颜色、脏污程度，记录滤纸条的颜色变化（如高锰酸钾滤纸条是否褪色、澄清石灰水滤纸条是否变浑浊）； 检测结束后，关闭气泵，取出吸附材料和滤纸条，拍照留存，填写实验记录表，同时记录检测地点的环境特点（如人流量、车流量、是否有污染源）。 学生在检测过程中，积极观察、认真记录，遇到现象不明显的情况，小组内讨论分析原因，如 “教室检测时，二氧化碳滤纸条变浑浊不明显，可能是教室通风较好，二氧化碳含量较低”“马路旁检测时，颗粒物滤纸变黑明显，说明颗粒物含量较高”。3. 返回教室，整理数据：各小组回到教室，整理实验记录表，将检测数据进行汇总，对比不同地点的检测结果，初步分析空气质量差异。教师引导学生思考：“为什么不同地点的检测结果不同？这些差异与污染物的来源有什么关系？” （五）数据分析，解读空气质量与化学原理（思维提升环节） 小组内分析数据：各小组围绕实验数据展开讨论，结合化学知识分析检测结果： 颗粒物检测结果分析：对比不同地点吸附材料的脏污程度，如马路旁滤纸变黑最明显，操场滤纸最干净，说明马路旁空气中颗粒物含量最高，操场最低。引导学生分析颗粒物来源：马路旁的颗粒物主要来自汽车尾气、道路扬尘；教室的颗粒物主要来自灰尘、粉笔灰、人体代谢；操场的颗粒物主要来自自然扬尘，含量较低。 气体检测结果分析：观察滤纸条的颜色变化，如教室中澄清石灰水滤纸条变浑浊较明显，说明二氧化碳含量较高（人多呼吸作用释放二氧化碳）；马路旁高锰酸钾滤纸条轻微褪色，说明有少量二氧化硫（汽车尾气、化石燃料燃烧产生）；操场滤纸条无明显变化，说明有害气体含量较低。 区分实验误差与真实差异：教师引导学生思考：“检测结果中，有些现象不明显，是真的污染物含量低，还是实验装置的问题？” 学生分析可能的误差原因：如气泵流量不稳定、吸附材料吸附能力有限、试剂浓度不合适、装置气密性不佳等，培养学生严谨的科学态度。 全班交流，共享结论：各小组派代表发言，分享本组的检测数据、分析结果及结论，如 “我们小组检测了教室和操场，教室的颗粒物和二氧化碳含量都比操场高，因为教室人多、密闭，操场开阔通风”“我们小组检测了学校门口和实验室，学校门口的颗粒物和二氧化硫含量更高，因为汽车多，尾气污染严重”。 教师结合学生的发言，进行总结提升：“从检测结果可以看出，人类活动（如汽车行驶、工业生产、室内人员聚集）是影响空气质量的主要因素。空气中的颗粒物和有害气体，不仅影响我们的视觉感受，更会危害人体健康，这也体现了化学与生活、环境的密切联系 —— 我们用化学的吸附原理、显色反应检测污染物，也能通过化学知识理解污染物的产生与危害。”3. 深化化学观念：教师进一步提问：“结合本节课的实践，你对‘物质的性质决定其用途’这句话有什么新的理解？” 学生回答：“活性炭、脱脂棉有吸附性，所以用来检测颗粒物；高锰酸钾能与二氧化硫反应褪色，所以用来检测二氧化硫，这就是物质性质决定用途。” 教师补充：“化学不仅能帮助我们检测环境问题，还能为解决环境问题提供方法，比如研发新型清洁能源减少尾气污染，用化学方法处理工业废气，这就是化学的社会价值 —— 从认识物质到利用物质，再到保护我们的生存环境。” 第 2 页 共4 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $